基于BIM技術(shù)的箱梁施工鋼筋碰撞檢查應(yīng)用研究

馮剛敏

(中鐵二十局集團(tuán)第五工程有限公司 云南昆明 650200)

1 前言

恰克·伊士曼博士在1975年首次提出BIM概念，隨全球信息化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，BIM技術(shù)在歐美地區(qū)掀起了一場新的技術(shù)革命，BIM在各國和區(qū)域有著各自的含義。BIM定義由三個(gè)部分構(gòu)成:(1)在BIM使用過程中，利用數(shù)字表示設(shè)備的功能性特征，另外還會(huì)用數(shù)字表示設(shè)備的實(shí)體特征；(2)BIM屬于共享化知識資源；(3)BIM的信息可被不同利益相關(guān)方更新、插入、提取和修改，以支持和反映其在不同項(xiàng)目階段職責(zé)的協(xié)同工作[1]。

通過綜合分析BIM核心建模軟件，在對BIM主要模型進(jìn)行全面研究和比較之后，選擇Autodesk系統(tǒng)為BIM的協(xié)作平臺。在國內(nèi)橋梁工程行業(yè)，Autodesk Revit作為一款結(jié)構(gòu)建模系統(tǒng)，可以根據(jù)國內(nèi)行業(yè)規(guī)范設(shè)定混凝土規(guī)范，還可以建立各種鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)等的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[2]，并使用Navisworks進(jìn)行碰撞檢測。

2 工程概況

作為關(guān)中城際鐵路網(wǎng)閻機(jī)段控制性工程，閻良至機(jī)場線涇河特大橋?yàn)榭缭經(jīng)芎佣O(shè)，位于R＝3 000 m曲線、緩和曲線及直線上，中心里程DK48＋589，按一次雙線設(shè)計(jì)，線間距4.6 m，孔跨布置為(29-32)m簡支梁＋(19-64 m)簡支梁＋(1-32 m)簡支梁，全長2 258.94 m。

涇河特大橋64 m節(jié)段膠接拼裝箱梁采用單箱、單室等高度預(yù)應(yīng)力混凝土梁，梁底寬度為6.7 m，梁頂寬為12.45 m，梁高為5.8 m。在簡支箱梁末端支撐部位，橫梁之間間隔為5.2 m。跨中截面腹板厚52 cm、底板厚35 cm、頂板厚40 cm。根據(jù)預(yù)應(yīng)力計(jì)算和布置情況，支點(diǎn)附近頂?shù)装搴透拱鍛?yīng)適當(dāng)加厚。梁頂設(shè)橫向排水坡，坡度為2.0%。在簡支箱梁兩端支座處設(shè)置厚度為160 cm的帶過人孔的橫隔墻。每跨箱梁跨中不設(shè)接縫，對稱布置，并采用奇數(shù)分塊。64 m簡支箱梁預(yù)制梁段分4.9 m、4.5 m和3.3 m三種長度，共計(jì)15個(gè)梁段。接縫面布置密鍵形式的剪力鍵，在腹板、頂板和底板位置均布置一定數(shù)量的梯形剪力鍵，剪力鍵根部寬15 cm，頂寬5 cm，高度為5 cm。梁體頂板、底板剪力鍵在頂板和底板頂面分別設(shè)置深1 cm、寬2 cm的膠體擠膠槽口。梁體腹板剪力鍵通過在箱梁內(nèi)側(cè)設(shè)通縫的方式，達(dá)到方便膠體順利擠出梁體的目的。

3 BIM技術(shù)三維模型及碰撞檢查

根據(jù)圖紙構(gòu)建箱梁模型，賦予材質(zhì)定義混凝土構(gòu)件，通過繪制輔助線，精準(zhǔn)定位后在混凝土構(gòu)件中添加鋼筋[3]。閻機(jī)城際鐵路涇河特大橋64 m節(jié)段預(yù)制膠接拼裝簡支箱梁預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋錯(cuò)落交織排布，因此振搗孔布置困難，但鋼筋長度和數(shù)量、振搗孔及不同鋼筋之間的干擾問題可以通過BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并根據(jù)行業(yè)不同規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)采取相關(guān)措施[4]。可通過增減鋼筋間距使其符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，避免施工前期的干擾和不必要的返工，施工效率也能得到保障。

3.1 主要材料

根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)度、計(jì)劃進(jìn)度完成情況，可以及時(shí)得到各類施工材料使用數(shù)量，通過與項(xiàng)目進(jìn)出場關(guān)聯(lián)進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，得到庫存數(shù)量、剩余使用天數(shù)，從而制定相應(yīng)的物資、設(shè)備需求計(jì)劃，進(jìn)而提醒相應(yīng)人員進(jìn)行物資采購和作業(yè)班組領(lǐng)用。通過對現(xiàn)場設(shè)備安裝的定位控制系統(tǒng)與平臺相連接，可顯示設(shè)備所處位置、目前工作狀態(tài)。通過信息分析，針對某個(gè)特定工作面能快速分析施工所需人工、材料及機(jī)械數(shù)量，避免物資的浪費(fèi)。

(1)混凝土

梁體混凝土采用C60強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，彈性模量Ec＝3.64×104MPa。

(2)普通鋼筋

工程采用普通HPB300、HRB400級鋼筋，其性能條件應(yīng)符合GB/T 1499.2技術(shù)要求。

(3)預(yù)應(yīng)力物料

采用滿足國家普通標(biāo)準(zhǔn)的低松弛鋼絲作為縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋，錨具應(yīng)滿足GB/T 14370—2007標(biāo)準(zhǔn)，千斤頂型號為YCW350B。箱梁鋼束由15/17-7鋼絲制成，滿足JT/T 529—2016規(guī)定。縱向預(yù)應(yīng)力筋為?25 mm PSB預(yù)應(yīng)力鋼筋，錨桿為JLM-25型。

3.2 碰撞試驗(yàn)

利用BIM3D模型，對鋼筋進(jìn)行碰撞仿真，得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)后以圖像和報(bào)表方式進(jìn)行記錄。圖1為普通鋼筋碰撞檢查顯示界面。由圖1可以看出，試驗(yàn)中普通鋼筋之間未出現(xiàn)任何相互干涉。

3.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋與普通鋼筋碰撞檢測

通過適當(dāng)移動(dòng)普通鋼筋位置，但不任意截?cái)嗟姆绞剑蓽p少64 m節(jié)段預(yù)制膠接拼裝簡支箱梁梁段預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋相互干擾的情況[5-6]。根據(jù)項(xiàng)目施工圖數(shù)據(jù)創(chuàng)建BIM三維模型，檢查各個(gè)設(shè)計(jì)專業(yè)之間的碰撞、不合理、錯(cuò)誤、達(dá)不到設(shè)計(jì)要求或施工要求等設(shè)計(jì)問題，并向設(shè)計(jì)單位反饋問題和修改建議。

3.3.1 普通鋼筋和縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋碰撞檢查情況

在普通鋼筋與縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋碰撞檢測試驗(yàn)過程中，如發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼筋部分與普通鋼筋發(fā)生碰撞(見圖2)，應(yīng)調(diào)整普通鋼筋位置。

3.3.2 普通鋼筋與豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋碰撞檢查情況

普通鋼筋與豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋碰撞檢查，如發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼筋與部分普通鋼筋發(fā)生碰撞的情況(見圖3)，應(yīng)對普通鋼筋位置進(jìn)行調(diào)整[7]。

3.3.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋碰撞檢測結(jié)果分析

對64 m分段預(yù)應(yīng)力混凝土膠接拼裝簡支箱梁截面鋼筋進(jìn)行碰撞檢查，如出現(xiàn)其縱、豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋之間互相干涉的現(xiàn)象(見圖4)[8]，在獲得設(shè)計(jì)部門許可后，可對豎向預(yù)應(yīng)力筋位置進(jìn)行合理調(diào)整。通過檢測發(fā)現(xiàn)，梁段范圍內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋與縱向預(yù)應(yīng)力筋之間未發(fā)生相互干擾[9]。

3.4 質(zhì)量及安全管理

在模型中將各工序質(zhì)量及安全管控要求以數(shù)據(jù)形式提前錄入，施工過程中通過APP進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，并形成相關(guān)影像資料，將現(xiàn)場質(zhì)量、安全信息錄入至BIM對應(yīng)部分，再由模型構(gòu)件集成質(zhì)量、安全等信息，最后以獨(dú)立標(biāo)簽的形式反饋至前臺操作窗口進(jìn)行信息瀏覽和管理。在管理平臺對質(zhì)量、安全基礎(chǔ)信息進(jìn)行記錄、處理，最后將質(zhì)量、安全管理信息匯入總庫形成竣工模型信息。

傳統(tǒng)施工通常運(yùn)用CAD平面圖及文字?jǐn)⑹龇绞綄κ┕ぐ嘟M進(jìn)行交底，無法全面表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)物等空間位置狀況。相關(guān)特殊及復(fù)雜節(jié)點(diǎn)、鋼筋排布等信息平面圖紙理解困難，且易產(chǎn)生誤解，從而可能導(dǎo)致施工錯(cuò)誤甚至返工等情況發(fā)生。理解錯(cuò)誤不僅影響工期，導(dǎo)致工期滯后，而且也會(huì)造成材料浪費(fèi)、成本增加。采用BIM三維模型不僅能實(shí)現(xiàn)平面圖紙交底全部要求，還能將結(jié)構(gòu)預(yù)埋件、鋼筋、管線之間的空間排布位置進(jìn)行清晰展示，更易于被交底人員正確理解，極大程度避免了施工過程造成的返工、窩工、浪費(fèi)等問題，從而達(dá)到加快進(jìn)度、保證質(zhì)量、提高效益的目的。

4 結(jié)束語

通過創(chuàng)建涇河特大橋BIM三維模型，進(jìn)行圖紙鋼筋碰撞檢查，可得出以下結(jié)論:

(1)二維設(shè)計(jì)圖紙存在個(gè)別鋼筋數(shù)量和長度有偏差的情況，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整[10]。

(2)為實(shí)現(xiàn)多孔振搗施工工藝，需適當(dāng)調(diào)整相關(guān)普通鋼筋間距，同時(shí)建議適當(dāng)縮小預(yù)留振搗孔直徑[11]。

(3)通過碰撞檢查，64 m節(jié)段預(yù)制膠接拼裝簡支箱梁梁段普通鋼筋之間位置合適，不存在相互干擾情況。

(4)對于相互干擾的64 m節(jié)段預(yù)制膠接拼裝簡支箱梁梁段預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整普通鋼筋位置[12]。

(5)對64 m分段預(yù)應(yīng)力混凝土膠接拼裝簡支箱梁截面鋼筋進(jìn)行碰撞檢查，梁截面縱向與垂直預(yù)拉力鋼筋之間未產(chǎn)生相互干擾。